Генераторы импульсного напряжения

Импульсные установки должны обеспечить генерацию апериодических импульсов напряжения (тока). Основными параметрами импульса (рис. 7.1) являются: амплитуда U_max, длительность фронта импульса t_ф, длительность импульса t_и.

Рис. 7.1 Основные параметры импульса ГИН.

Стандартные импульсы, имитирующие атмосферные перенапряжения, имеют t_ф=1,2 мкс, t_и=50 мкс. Импульсы, имитирующие внутренние перенапряжения, имеют t_ф=250 мкс, t_и=2500 мкс.

Схема ГИН, представленная на рис. 7.2, состоит из двух блоков – зарядного устройства 1 (ЗУ) и умножителя напряжения 2 (УН).

Рис. 7.2. Схема ГИН.

Зарядное устройство 1 включает регулировочный автотрансформатор Т1, повышающий трансформатор Т2 и высоковольтный выпрямитель VD, то есть ЗУ представляет однополупериодный, высоковольтный, регулируемый выпрямитель. В качестве вентиля VD на напряжение 100 кВ используют выпрямительные столбики на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения 2 включает конденсаторы С, резисторы R_защ, R₃, R_д, R_ф и разрядные промежутки FV1, FV2. На рис. 7.2 приведена схема удвоения напряжения.

Принцип работы ГИНа заключается в следующем: на первой стадии, в режиме заряда конденсаторы С соединены параллельно и заряжаются от ЗУ через резисторы R_защ, R₃ с полярностью, указанной на схеме (рис. 7.2). Защитный резистор R_защ = 3·10⁶ Ом предназначен для ограничения тока заряда в момент включения, т.е. защищает вентиль VD и трансформатор Т2 от перегрузки.

Величина напряжения, до которого заряжаются конденсаторы С определяется электрической прочностью искрового промежутка FV1но не должна превышать амплитуду выпрямленного напряжения U_2m.

Когда напряжение в точке 1 превысит электрическую прочность промежутка FV1, происходит пробой этого промежутка и конденсаторы С соединяются последовательно, - точка 2 будет соединена с точкой 1 через демпфирующий резистор R_д и сопротивление искрового промежутка FV1.

Благодаря тому, что сопротивление резистора R₃ велико (R₃=5×10⁴ Ом), а сопротивление резистора R_ф мало (R_ф=10-20 Ом), конденсаторы не успевают разрядиться, потенциал точки 2 повышается до потенциала точки 1, а потенциал точки 3 увеличивается, примерно, в два раза.

При переключении конденсаторов С с параллельной схемы на последовательную происходит пробой разрядного промежутка FV2, так как его электрическая прочность ниже величины удвоенного напряжения умножителя, выходное напряжение умножителя будет приложено к объекту испытания С_ф и разрядному резистору R_р.

Скорость нарастания напряжения на объекте (длина фронта импульса) будет определяться постоянной времени заряда конденсатора С_ф, т.е.

(7.1)

Когда напряжение на объекте (С_ф) достигнет предельного значения, конденсаторы С и С_ф начнут разряжаться через главный разрядный резистор R_р (спад импульса). При этом длительность волны импульса приблизительно в данной схеме будет равна

(7.2)

Как видно из выражений (7.1) и (7.2) параметры напряжения на объекте (длительность фронта и длительность импульса) в основном определяются величиной сопротивления фронтового резистора R_ф и разрядного резистора R_р. Поэтому чтобы получить импульс с заданными значениями t_ф и t_и необходимо определить значения R_ф и R_р по выражениям (7.1), (7.2). Плавное регулирование амплитуды импульса осуществляется за счет изменения расстояния искрового промежутка FV1.

Современные ГИНы на напряжение несколько миллионов вольт могут иметь несколько десятков каскадов. Таким образом, используя метод умножения напряжения, можно получить высокое значение испытательного напряжения при относительно низком значении напряжения зарядного устройства (порядка 100 – 200 кВ).